ულტრა თხელი მზის უჯრედები?

ულტრა თხელი მზის უჯრედები?

გაუმჯობესდა ულტრა თხელი მზის უჯრედები: 2D პეროვსკიტის ნაერთებს აქვთ შესაფერისი მასალები ნაყარი პროდუქტების გამოსაწვევად.

რაისის უნივერსიტეტის ინჟინრებმა მიაღწიეს ახალ ეტალონებს ნახევარგამტარული პეროვსკიტისგან დამზადებული ატომური მასშტაბის თხელი მზის უჯრედების დიზაინში, გაზრდის მათ ეფექტურობას და ინარჩუნებენ გარემოს გაუძლო უნარს.

რაისის უნივერსიტეტის ჯორჯ ბრაუნის საინჟინრო სკოლის Aditya Mohite-ს ლაბორატორიამ დაადგინა, რომ მზის შუქი ამცირებს სივრცეს ატომურ ფენებს შორის ორგანზომილებიან პეროვსკიტში, რაც საკმარისია მასალის ფოტოელექტრული ეფექტურობის გაზრდისთვის 18%-ით, რაც ხშირი პროგრესია. . ფანტასტიკური ნახტომი იქნა მიღწეული მინდორში და გაზომილი პროცენტებით.

”10 წლის განმავლობაში, პეროვსკიტის ეფექტურობა გაიზარდა დაახლოებით 3%-დან 25%-ზე მეტზე”, - თქვა მოჰიტემ. "სხვა ნახევარგამტარებს დაახლოებით 60 წელი დასჭირდება. სწორედ ამიტომ ვართ ასე აღელვებული."

პეროვსკიტი არის ნაერთი კუბური გისოსებით და არის ეფექტური სინათლის კოლექტორი. მათი პოტენციალი ცნობილია მრავალი წლის განმავლობაში, მაგრამ მათ აქვთ პრობლემა: მათ შეუძლიათ მზის შუქი ენერგიად გარდაქმნან, მაგრამ მზის სინათლეს და ტენიანობას შეუძლია მათი დეგრადაცია.

"მზის უჯრედების ტექნოლოგია სავარაუდოდ 20-დან 25 წლამდე გაგრძელდება", - თქვა მოჰიტემ, ქიმიური და ბიომოლეკულური ინჟინერიისა და მასალების მეცნიერებისა და ნანოინჟინერიის ასოცირებული პროფესორი. „ჩვენ მრავალი წელია ვმუშაობთ და ვაგრძელებთ დიდი პეროვსკიტების გამოყენებას, რომლებიც ძალიან ეფექტურია, მაგრამ არა ძალიან სტაბილური. ამის საპირისპიროდ, ორგანზომილებიან პეროვსკიტებს აქვთ შესანიშნავი სტაბილურობა, მაგრამ არ არის საკმარისად ეფექტური სახურავზე დასაყენებლად.

„ყველაზე დიდი პრობლემა არის მათი ეფექტურობა სტაბილურობის კომპრომისის გარეშე.
რაისის ინჟინრებმა და მათმა თანამშრომლებმა პერდუს უნივერსიტეტიდან და ჩრდილო-დასავლეთის უნივერსიტეტიდან, ლოს ალამოსიდან, არგონიდან და ბრუკჰავენიდან აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ეროვნული ლაბორატორიიდან და ელექტრონიკისა და ციფრული ტექნოლოგიების ინსტიტუტიდან (INSA) რენში, საფრანგეთი და მათმა თანამშრომლებმა დაადგინეს, რომ ზოგიერთი ორგანზომილებიანი პეროვსკიტი, მზის შუქი ეფექტურად ამცირებს სივრცეს ატომებს შორის, ზრდის მათ უნარს ელექტრო დენის გადატანაში.

"ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ როდესაც თქვენ აალებთ მასალას, თქვენ მას ღრუბელივით აწებებთ და აგროვებთ ფენებს, რათა გააძლიეროთ მუხტის გადაცემა ამ მიმართულებით", - თქვა მოხტმა. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ორგანული კათიონების ფენის განთავსება იოდიდს შორის ზედა და ტყვიის ქვედა ნაწილში შეიძლება გააძლიეროს ფენებს შორის ურთიერთქმედება.

„ამ ნაშრომს დიდი მნიშვნელობა აქვს აღგზნებული მდგომარეობებისა და კვაზინაწილაკების შესასწავლად, სადაც დადებითი მუხტის ერთი ფენა მეორეზეა, ხოლო უარყოფითი მუხტი მეორეზე და მათ შეუძლიათ ერთმანეთთან საუბარი“, - თქვა მოხტმა. „ამათ ეგციტონებს უწოდებენ და მათ შეიძლება ჰქონდეთ უნიკალური თვისებები.

„ეს ეფექტი საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ და მოვარგოთ სინათლის მატერიის ძირითადი ურთიერთქმედებები რთული ჰეტეროსტრუქტურების შექმნის გარეშე, როგორიცაა დაწყობილი 2D გარდამავალი ლითონის დიქალკოგენიდები“, - თქვა მან.

საფრანგეთის კოლეგებმა დაადასტურეს ექსპერიმენტი კომპიუტერული მოდელით. ჯეკი ევენმა, INSA-ს ფიზიკის პროფესორმა, თქვა: „ეს კვლევა იძლევა უნიკალურ შესაძლებლობას დააკავშიროთ ყველაზე მოწინავე ab initio სიმულაციური ტექნოლოგია, მასალების კვლევა ფართომასშტაბიანი ეროვნული სინქროტრონის საშუალებების გამოყენებით და მზის უჯრედების ფუნქციონირების ადგილზე დახასიათება. კომბინირება. ." „ეს ნაშრომი პირველად აღწერს, თუ როგორ ათავისუფლებს დატენვის ფენომენი მოულოდნელად პეროვსკის მასალაში დატენვის დენს“.

ორივე შედეგი აჩვენებს, რომ მზის სიმულატორთან მზის ინტენსივობით 10 წუთის ზემოქმედების შემდეგ, ორგანზომილებიანი პეროვსკიტი მცირდება 0.4%-ით სიგრძით და დაახლოებით 1%-ით ზემოდან ქვემოდან. მათ დაამტკიცეს, რომ ეფექტის დანახვა შეიძლებოდა 1 წუთში ხუთი მზის ინტენსივობის ქვეშ.

„ძალიან არ ჟღერს, მაგრამ გისოსების მანძილის 1%-ით შეკუმშვა გამოიწვევს ელექტრონების ნაკადის მნიშვნელოვან ზრდას“, თქვა ლი ვენბინმა, რაისის კურსდამთავრებულმა და თანაწამყვანმა ავტორმა. „ჩვენი კვლევა აჩვენებს, რომ მასალის ელექტრონული გამტარობა სამჯერ გაიზარდა.

ამავდროულად, კრისტალური გისოსის ბუნება ხდის მასალას დეგრადაციისადმი მდგრადობას, მაშინაც კი, როდესაც თბება 80 გრადუს ცელსიუსამდე (176 გრადუსი ფარენჰეიტი). მკვლევარებმა ასევე დაადგინეს, რომ გისოსი სწრაფად მოდუნდება თავის სტანდარტულ კონფიგურაციაში, როდესაც განათება გამორთულია.

„2D პეროვსკიტების ერთ-ერთი მთავარი მიმზიდველობა არის ის, რომ მათ ჩვეულებრივ აქვთ ორგანული ატომები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც ტენიანობის ბარიერები, არიან თერმულად სტაბილური და წყვეტენ იონების მიგრაციის პრობლემებს“, - თქვა კურსდამთავრებულმა სტუდენტმა და თანაავტორმა სირაჯ სიდჰიკმა. „3D პეროვსკიტები მიდრეკილნი არიან თერმული და სინათლის არასტაბილურობისკენ, ამიტომ მკვლევარებმა დაიწყეს 2D ფენების დადება მასიური პეროვსკიტების თავზე, რათა დაენახათ, შეძლებდნენ თუ არა ორივეს მაქსიმუმის გამოყენებას.

"ჩვენ ვფიქრობთ, მოდით გადავიდეთ 2D-ზე და გავხადოთ ის ეფექტური", - თქვა მან.

მასალის შეკუმშვის დასაკვირვებლად ჯგუფმა გამოიყენა აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) მეცნიერების ოფისის ორი მომხმარებლის ობიექტი: აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ბრუკჰავენის ეროვნული ლაბორატორიის ეროვნული სინქროტრონის სინათლის წყარო II და აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის მოწინავე სახელმწიფო ლაბორატორია. აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის არგონის ეროვნული ლაბორატორია. ფოტონის წყაროს (APS) ლაბორატორია.

არგონის ფიზიკოსი ჯო სტრზალკა, ნაშრომის თანაავტორი, იყენებს APS-ის ულტრანათელ რენტგენის სხივებს რეალურ დროში მასალების მცირე სტრუქტურული ცვლილებების გადასაღებად. მგრძნობიარე ინსტრუმენტი APS სხივის ხაზის 8-ID-E საშუალებას იძლევა "ოპერატიული" კვლევები, რაც ნიშნავს კვლევებს, რომლებიც ჩატარდება, როდესაც მოწყობილობა განიცდის ტემპერატურის ან გარემოს კონტროლირებად ცვლილებებს ნორმალურ სამუშაო პირობებში. ამ შემთხვევაში, სტრზალკამ და მისმა კოლეგებმა მზის უჯრედში არსებული ფოტომგრძნობიარე მასალა გამოავლინეს მზის სიმულირებული შუქის ქვეშ, ტემპერატურის მუდმივი შენარჩუნებისას და ატომურ დონეზე მცირე შეკუმშვაზე დაკვირვებით.

როგორც საკონტროლო ექსპერიმენტი, სტრზალკამ და მისმა თანაავტორებმა ოთახი ბნელში შეინარჩუნეს, გაზარდეს ტემპერატურა და დააფიქსირეს საპირისპირო ეფექტი - მასალის გაფართოება. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ტრანსფორმაცია გამოიწვია თავად შუქმა და არა მის მიერ წარმოქმნილმა სითბომ.

„მსგავსი ცვლილებებისთვის მნიშვნელოვანია ოპერატიული კვლევების ჩატარება“, – განაცხადა სტრზალკამ. "ისევე, როგორც თქვენს მექანიკოსს სურს თქვენი ძრავის გაშვება, რათა დაინახოს რა ხდება მასში, ჩვენ არსებითად გვინდა გადავიღოთ ამ კონვერტაციის ვიდეო და არა ერთი სნეპშოტი. ისეთი საშუალებები, როგორიცაა APS გვაძლევს ამის საშუალებას."

სტრზალკამ აღნიშნა, რომ APS გადის მნიშვნელოვან განახლებას, რათა გაზარდოს მისი რენტგენის სიკაშკაშე 500-ჯერ. მისი თქმით, როდესაც ის დასრულდება, უფრო კაშკაშა სხივები და უფრო სწრაფი, მკვეთრი დეტექტორები გაზრდის მეცნიერთა უნარს, აღმოაჩინონ ეს ცვლილებები უფრო დიდი მგრძნობელობით.

ეს შეიძლება დაეხმაროს რაისის გუნდს დაარეგულიროს მასალა უკეთესი მუშაობისთვის. „ჩვენ ვქმნით კატიონებსა და ინტერფეისებს 20%-ზე მეტი ეფექტურობის მისაღწევად“, თქვა სიდჰიკმა. "ეს შეცვლის ყველაფერს პეროვსკიტის სფეროში, რადგან შემდეგ ადამიანები დაიწყებენ 2D პეროვსკიტის გამოყენებას 2D პეროვსკიტის/სილიკონისა და 2D/3D პეროვსკიტის სერიებისთვის, რამაც შეიძლება ეფექტურობა 30%-მდე მიიტანოს. ეს გახდის მის კომერციალიზაციას მიმზიდველს."